Freitag , 23.03.2001 - DPG-Tagungen

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Didaktik der Physik Donnerstag DD 9 Experimente Zeit: Donnerstag 14:15–15:35 Raum: H3 DD 9.1 Do 14:15 H3 Überall Spektren... — H. Hauptmann und F. Herrmann —Abteilung für Didaktik der Physik, Universität, 76128 Karlsruhe Die harmonische Analyse beruht darauf, dass jede Funktion eindeutig in eine unendliche Summe harmonischer Funktionen zerlegt werden kann. Sie ist ein wichtiges Werkzeug der Physiker. Mit Hilfe des Computers ist dieses Werkzeug auch in der Schule leicht einsetzbar. Die Grundaussagen der Fourier-Analyse und ihrer Umkehrung, der Fourier-Synthese, können den Schülern anhand einfacher Beispiele demonstriert werden. Die tatsächliche Berechnung wird dem Rechner überlassen. Die harmonische Analyse hat im Unterricht viele interessante Anwendungsmöglichkeiten: – Akustik (Die Zusammenhänge zwischen Tonhöhe und Frequenz sowie Spektrum und Klangfarbe, ...) – Gekoppelte Schwingungen (Die Zahl der Schwinger ist gleich der Zahl der Eigenfrequenzen, ...) – Elektro-magnetische Wellen (Spektralanalyse, Radioempfang, ...) DD 9.2 Do 14:35 H3 Visualisierung von Fourierreihen und Fouriertransformation — Bernd Lingelbach 1 , Dirk Spanuth 1 , Britta Neustadt 1 und Werner B. Schneider 2 — 1 FH-Aalen, Institut für Augenoptik, Außenstelle Leinroden — 2 Didaktik der Physik, Universität Erlangen-Nürnberg Fourierreihen und Fouriertransformation spielen in vielen Bereichen der Physik eine zentrale Rolle. In der Schule muss gewöhnlich auf eine Behandlung dieses wichtigen Themenbereichs verzichtet werden, da meistens die mathematischen Voraussetzungen fehlen. Wir möchten einen Ausweg vorstellen, bei dem Fouriertransformation und Fourieranalyse auf optischem Weg visualisiert werden. Das hierzu notwendige Hilfsmittel ist der aus der Augenoptik bekannte Maddoxzylinder, eine Anordnung von ca. 20 nebeneinander angeordneten Glasstäben (d=3-4mm, l=10cm), die wie eine kurzbrennweitige, lichtstarke Zylinderlinse wirkt. Sie macht DD 10 Lehr- und Lernforschung aus parallelem Licht einen Lichtstreifen senkrecht zu den Glasstäben. Neben Fouriersynthese und Analyse können noch mit dieser Anordnung das Gibb’sche Phänomen, die missing fundamentaloder die Entstehung von optischen Täuschungen (Mach’ sche Streifen und andere) visualisiert werden. Angaben zur Herstellung der benötigten Hilfsmittel beschließen den Vortrag. DD 9.3 Do 14:55 H3 Stroboskopische Effekte — Otto Luehrs — Drusenheimer Weg 130, 12349 Berlin Otto Luehrs, Deutsches Technikmuseum Berlin Das Stroboskop dient allgemein der Messung von Drehzahlen. Weitere Anwendungen finden sich im Unterhaltungssektor. Darueberhinaus lassen sich Experimente machen, die die Grenzen unseres Gesichtsinnes aufzeigen. Mit modernen Bauelementen werden stroboskopische Effekte erzeugt, die die Gebiete Wahrnehmung, Mathematik, Physik und Technik betreffen. DD 9.4 Do 15:15 H3 Messung von Laserimpulsen im Nanosekundenbereich — Peter Brockhaus 1 und Hans Helmut Lewinsky 2 — 1 Gierlichstrasse 20, 35683 Dillenburg — 2 Graefstrasse 39, 60054 Frankfurt am Main Wegen seines durchschaubaren Aufbaus und seiner einfachen Arbeitsweise ist der Stickstofflaser besonders geeignet fuer den Unterricht in der Schule. Eine charakteristische Eigenschaft des Stickstofflaser sind seine sehr kurzen Laserimpulse. Eine besonders interessierte Schuelergruppe hat im Rahmen einer AG am Nachmittag die Laserimpulse eines selbst gebauten Stickstofflasers ausgemessen. Dazu wurde ein digitales Speicheroszilloskop zusammen mit einer selbst hergestellten Messzelle unter Verwendung einer schnellen PIN Photodiode verwendet, die speziell für den erforderlichen Messbereich gut geeignet ist. Erste Messungen ergaben, dass die Impulsdauer des Lasers kleiner als 4 ns ist. Zeit: Donnerstag 14:15–15:35 Raum: N 3130 DD 10.1 Do 14:15 N 3130 Physikunterricht erneuern I — Helmut Kühnelt 1 und Thomas Stern 2 — 1 Institut für Theor. Physik, Universität Wien — 2 Institut für Interdisziplinäre Forschung und Fortbildung Wien Im Gefolge von TIMSS sind ähnlich wie in der BRD schwere Defizite im mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterricht zu Tage getreten. Vom Bildungsministerium wurde ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt Innovations in Mathematics, Science and Technology Teaching (IMST2) in Auftrag gegeben, das in vier Schwerpunkten (S1: Höhere Grundbildung, S2: Entwicklung von Schwerpunktschulen, S3: Geschlechtssensibler Unterricht, S4: Fachdidaktische Entwicklung - eigenverantwortliches Lernen) zur Qualitätsentwicklung des mathematischnaturwissenschaftlichen Unterichts führen soll. Neben einem kurzen Projektüberblick sollen erste physikspezifische Erfahrungen vorgestellt werden. DD 10.2 Do 14:35 N 3130 Physikunterricht erneuern II — Helga Stadler — Institut für Theor. Physik, Universität Wien Geschlechtssensibler Unterricht. - Individualisierung von Unterricht unter der ”Gender”-Perspektive. Das schlechte Abschneiden der Mädchen bei der TIMS-Studie hat das österreichische Bildungsministerium veranlaßt, diesem Thema einen eigenen Schwerpunkt innerhalb des IMST2 Programms zu widmen. Die Zielsetzungen dieses geleiteten Teilprogramms liegen zum einen im Bereich der Unterrichts- und Schulentwicklung, zum anderen in der LehrerInnenbildung (Entwicklung einer CD-Rom zur Fachdidaktik). Im Vortrag werden vor dem Hintergrund unserer theoretischen Ausgangsposition die einzelnen Teilbereiche des Programms beschrieben und erste Erfahrungen unserer Arbeit an den Schulen berichtet. DD 10.3 Do 14:55 N 3130 Unterricht zur nichtlinearen Physik: Ergebnis einer Kooperation von Schulpraxis und fachdidaktischer Forschung — Michael Komorek, Dimitrios Stavrou und Reinders Duit — Institut fuer die Paedagogik der Naturwissenschaften, IPN, an der Universitaet Kiel Mit dem Forschungs- und Entwicklungsmodell der didaktische Rekonstruktion können Sachstrukturen für den naturwissenschaftlichen Unterricht entwickelt werden. Diese tragen den Belangen der Schülerinnen und Schüler Rechnung, indem sie auf Lernmöglichkeiten, Interessen und vorunterrichtliche Vorstellungen ausgerichtet und an den Zielen des naturwissenschaftlichen Unterrichts orientiert sind. Als Balance dazu wird den fachlichen Aspekten große Bedeutung zugemessen. In einem Projekt zur Didaktik der nichtlinearen Physik ist auf Basis dieses Modells ein Unterrichtsgang für den Grundkurs der gymnasialen Oberstufe entwickelt worden. Ein Lehrerarbeitskreis ist in die Entwicklung und Erprobung eingebunden, um eine praxisnahe Akzentuierung des Unterrichtskonzepts zu gewährleisten und um die begleitenden empirischen Untersuchungen in realen Umgebungen stattfinden zu lassen. Untersucht werden Lernprozesse der Schüler und Vorstellungsentwicklungen der Lehrer mit Hilfe von Fragebögen, Videobeobachtungen und Interviews. Im Vortrag werden die Resultate der Unterrichtsentwicklung und Forschungsergebnisse vorgestellt. DD 10.4 Do 15:15 N 3130 Die Implementierung des Curriculums ”Naturwissenschaftlich Denken” in der Orientierungsstufe - Curriculare Vorgaben und deren Umsetzung durch die Lehrkräfte — Carola Hauk und Meike Fiedler — Institut fuer Didaktik der Physik, Universitaet Bremen, Fachbereich 1, Postfach 330 440, 28334 Bremen Seit Schuljahresbeginn 00/01 unterrichten Bremer Lehrerinnen und Lehrer das in England seit Jahren mit Erfolg erprobte Curriculum ”Naturwissenschaftlich Denken” (Science Thinking, CASE). Es hat hat zum
Didaktik der Physik Donnerstag Ziel, den Schülerinnen und Schülern anhand von Schülerexperimenten und Beispielen naturwissenschaftliche Methoden und Denkweisen zu vermitteln. Eine der wesentlichen Aufgaben der Lehrkräfte ist es, in Einzeloder Gruppengesprächen die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler zu hinterfragen und diese somit zum Nachdenken über Naturwissenschaf- DD 11 Quantenphysik in der Lehre ten anzuregen.Wie ist das Curriculum aufgebaut. ? Auf welchem theoretischen Hintergrund basiert es ? Wir gehen die Lehrkräfte mit den Curriculumvorgaben um ? Diese und andere Fragen sowie erste Ergebnisse von Unterrichtsanalysen werden vorgestellt. Zeit: Donnerstag 14:15–15:35 Raum: N 3380 DD 11.1 Do 14:15 N 3380 Interferometrie und Quanteninformation — Jochen Pade — Fachbereich Physik Universität Oldenburg 26111 Oldenburg Interferometrische Anordnungen ermöglichen auf einem einfachen Niveau einen klaren Zugang zu Grundproblemen der Quantenmechanik. Dies zeigt sich in der laufenden Debatte etwa bei den Themen ”Welle- Teilchen-Dualismus” und ”Meßproblem”(anhand der ”wechselwirkungsfreien” Messung), gilt aber auch für andere Begriffsbildungen und Phänomene der modernen Quantenmechanik bzw. speziell der Quanteninformation (Verschränkung, Quantenteleportation, Quantencomputer, Quantenkryptographie etc.). Im Vortrag sollen einige dieser Zusammenhänge dargestellt werden. DD 11.2 Do 14:35 N 3380 Veranschaulichung von Definitionsbereichen quantenmechanischer Operatoren — Tomas Hahn — Lehrstuhlfür Didaktik der Physik, FB Physik, Universität Dortmund, 44221 Dortmund So wesentlich Definitionsbereiche zur Definition eines Operators gehören, so abstrakt sind sie auch. Durch eine Auswahlvon Funktionen des Hilbertraums der quadratsummablen Funktionen können Definitionsbereiche auf einer zweiparametrigen Indexebene beschrieben werden, indem Überlegungen zum Funktionenverhalten im Unendlichen und an Singularitäten schematisiert werden. Es lassen sich Schnittbereiche bilden und direkt Beispielfunktionen angeben. DD 11.3 Do 14:55 N 3380 Kann Bohrs Atommodell ersetzt werden? — Franz Bader — Lichtenbergstr. 74, 71642 Ludwigsburg Medien und Physikbücher verbreiten auch heute noch das bohrsche Atommodell.Sollte man es nicht - unbeschadet seiner historischen Bedeutung - durch ein experimentell gewonnenes Bild vom eingefangenen Elektron ersetzen - und daran Ergebnisse der heutigen Quantenphysik schrittweise entwickeln? DD 11.4 Do 15:15 N 3380 Der Teilchenbegriff im Lichte der Quantentheorie — Gesche Pospiech — Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Postfach 11 19 32, 60054 Frankfurt Der Atombegriff ist einer der ältesten archetypischen Vorstellungen der Menschen seit ihren ersten Versuchen einer rationalen Naturerklärung. Sie behandelt Atome als echte “Bausteine der Materie. Das Teilchen- ” modell ist einer der ersten physikalischen Modellbegriffe, die Kinder in der Schule lernen. Dieses Sandkorn“- oder Baukasten“- Modell ist Kin- ” ” dern so eingängig, daß sie es sich rasch zu eigen machen. Dennoch sind Fachdidaktiker oft unzufrieden mit der Modellausprägung, da einzelnen Teilchen oft makroskopische Eigenschaften zugeschrieben oder sie mit Kontinuumsvorstellungen vermischt werden. Vor dem Hintergrund der Aussagen der Quantentheorie wird überlegt, wie Kindern ein tragfähiger Teilchenbegriff vermittelt werden kann, der ihre intuitiven Vorstellungen ernst nimmt und zugleich offen ist für die Vertiefung in höheren Klassenstufen. DD 12 Physik im Alltag und in der Technik II Zeit: <strong>Freitag</strong> 11:15–12:35 Raum: H2 DD 12.1 Fr 11:15 H2 Wie viele Menschen haben die Pyramiden gebaut? – ein Fermi- Problem — Rainer Müller —Universität München Fermi-Probleme sind Aufgaben, in denen komplexe Sachverhalte mit einfachen Mitteln größenordnungsmäßig abgeschätzt werden. Als Beispieldafür, wie auf dieses Weise interessante Themen in den Physikunterricht eingebunden werden können, wird abgeschätzt, wie viele Menschen nötig waren, um die ägyptischen Pyramiden zu errichten. DD 12.2 Fr 11:35 H2 Der Hubschrauber von Gabriel de La Landelle und Jules Verne — Fritz Siemsen und Isabelle Obry — Uni Frankfurt Institut für Didaktik der Physik Postfach 11 19 32 60054 Frankfurt Der erste öffentliche Aufstieg eines Heißluftballons der Gebrüder Montgolfier am 05.06.1783 löste einen Sturm der Begeisterung für die Ballonfahrt aus, der bis weit ins 19. Jahrhundert reichte. Es konnten jedoch auf Grund des Problems der Steuerung noch keine genau zielgerichteten Luftreisen durchgeführt werden. Gabriel de La Landelle der Freund Jules Vernes glaubte daher nicht an eine Luftfahrt mit Ballonen.Im Kampf gegen die Ballonfahrt setzte er sich für die Entwicklung von Fluggeräten ein, die schwerer als Luft sind. Nach dem Vorbild der Schiffsschraube glaubte er dabei insbesondere an die Kraft von Luftschrauben. In dem 1863 veröffentlichten Buch ” Aviation ou Navigation Aerinne“ (Paris:Dentu) beschrieb er ausführlich seine Vorstellungen über die Funktionsweise eines mit Luftschrauben betriebenen Luftschiffs, welches Inhalt dieses Vortrags sein wird. DD 12.3 Fr 11:55 H2 Informelles Lernen im Universum Science Center Bremen — Kerstin Haller, Tobias Wolff und Gritta Veit-Köhler — Universum Science Center Bremen, Fahrenheitstr. 6 28359 Bremen Science Center haben sich weltweit als erfolgreiche Lern- und Erlebnisorte etabliert und stellen eine geeignete Ergänzung des Schulunterrichts dar. Am Beispiels des Universum Science Center Bremen wird gezeigt, wie informelles und individuelles Lernen durch erlebnisorientierte Exponate in einer übergeordneten Gesamtinszenierung ermöglicht wird. Weiterhin wird dargestellt, dass die Einbeziehung aller Sinne und die aktive Beteiligung eine Lernumgebung bilden, die von einem selbstbestimmten Zugang zu wissenschaftlichen Phänomen geprägt wird, und wie Computerprogramme in den Ausstellungen eine Vertiefung des wissenschaftlichen Kontextes ermöglichen. DD 12.4 Fr 12:15 H2 Werkstattausstellung: Mensch , Natur und Physik. — Norbert Stuetzle und Gesche Pospiech — Institut fuer Didaktik der Physik, Postfach 111932, 60054 Frankfurt Das Institut fuer Didaktik der Physik nahm das Jahr der Physik 2000 zum Anlass eine Werkstattausstellung vom 6.9.2000 bis zum 31.10.2000 mit dem Thema: ”Mensch, Natur und Physik im Laufe der Jahrtausende” durchzufuehren. Hierbei wurden physikalisch - technische sowie astronomische Themen von Studentinnen und Studenten bearbeitet und in Form von Postern und kleinen Experimenten,die die Besucher selbst ausprobieren konnten, dargestellt. Die Ausstellung richtete sich in erster Linie an Schuelerinnen und Schueler der Sekundarstufe 1 und an interesierte Laien, die dieses Angebot in grosser Zahlannahmen.
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